МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА г. СЕМЕЙ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ
КАЗАХСТАН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА г. СЕМЕЙ
Документ СМК 3
уровня
УМКД Учебнометодические
материалы по
дисциплине «Анализ
природных объектов»
УМКД
Редакция № 1 от
«__» _____ 2013 г.
УМКД 042-16-13.1.59/032013
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
«Анализ природных объектов»
Для специальности 050606- «Химия»
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Семей
2013
[Введите текст]
УМКД 042-16-13.1.59/03-2013
Редакция №1 от «___» _______.2013 г.
Содержание
1. Лекции
2. Лабораторные занятия
3. Самостоятельная работа студентов
стр. 2 из 18
[Введите текст]
УМКД 042-16-13.1.59/03-2013
Редакция №1 от «___» _______.2013 г.
стр. 3 из 18
1. ЛЕКЦИИ (краткий конспект)
ВВЕДЕНИЕ. ХАРАКТЕРИСТИКА И ОСОБЕННОСТИ АНАЛИЗА ПРИРОДНЫХ
ОБЪЕКТОВ.
К природным объектам относят:
А) атмосферный воздух
Б) природную воду (ил, донные отложения)
В) почву
Г) геологические объекты или минеральное сырье (руды, горные породы,
минеральные строительные материалы, соли и т.д.)
Д) биологические и органические объекты (растения, животные ткани и другие
биологические материалы.)
Химический состав природных объектов формируется не только за счет естественных, но и
антропогенных факторов, например, в результате поступления загрязнений и связанных с ними
химических превращений.
От аналитика требуется дать достоверную информацию о составе природных объектов т.е.
- идентифицировать вредные компоненты (неорганические и органические)
- установить их содержание
- установить их форму.
Оценка качества природных объектов проводится по ПДК компонентов.
Для воды ПДК компонентов колеблется в пределах 100-1000 мкг\л, для сильно токсичных
компонентов ПДК 1-2 мкг\л, для воздуха ПДК 1-100мкг\м3.
Следовательно основная трудность при анализе таких объектов – определение низких
концентраций 10-7-10-8 % компонентов.
Кроме того, все природные объекты – сложные многокомпонентные системы, поэтому
необходимо во-первых, полное разделение пробы, предварительное разделениекомпонентов
или маскирование мешающих компонентов, а также концентрирование.
Методы анализа природных объектов должны быть доступными, экспрессными, а также
чувствительными и селектиными.
ОТБОР, КОНСЕРВАЦИЯ, ХРАНЕНИЕ И ТРАНСПОРТИРОВКА ПРОБ ПРИРОДНОЙ
ВОДЫ.
При отборе проб воды следует соблюдать следующие условия:
- Проба воды должна отражать условия и место ее взятия,
- Отбор пробы, хранение и транспортировка должны проводиться так, чтобы не произошли
изменения в составе воды,
- Объем пробы должен быть достаточным для анализа.
Отбор пробы бывает разовым и серийным.
При разовом отборе пробу берут один раз и судят по результату одного анализа.
При серийном отборе берется ряд проб, при чем каждая проба берется в определенной
зависимости от других. Например,
-зональный отбор – отбор из разных мест или из разных глубин;
-временной отбор – отбор через определенный промежуток времени в одном иесте;
Существуют 2 основных вида проб: простая проба и смешанная проба.
Простую пробу получают путем разового отбора всего количества воды. Анализ простой пробы
дает сведения о составе воды в данный момент и в одном месте.
[Введите текст]
УМКД 042-16-13.1.59/03-2013
Редакция №1 от «___» _______.2013 г.
стр. 4 из 18
Смешанную воду получают сливая равные количества простые пробы, взятые Или в обном
месте в разное время, Или в разных местах в одно и то же время. Однако, смешанную пробу
нужно отбирать в течение суток.
Для неполного анализа воды достаточно 1 л воды,для более подробного анализа – 2 л и более.
Консервация пробы нужна, если анализ нельзя провести сразу же после отбора пробы и если
определяемый компонент Или свойства подвергаются изменениям. Быстро изменяются
температура, рН, содержание растворенных газов, быстро протекают биохимические процессы,
приводя к окислению или восстановлению некоторых компонентов.
Однако, универсального консерванта не существует. Биохимические процессы можно
замедлить, охладив пробу до 3-40С. Консервация химическими препаратами допустима только
в том случае, если консервант не препятствует определению компонентов воды.
Если необходимо перевозить пробы из Места отбора в лабораторию, то транспортировать
нужно:
-быстро;
-осторожно;
-в день отбора;-при необходимости пересылать по авиа- или ж.д.почте.
Меры предосторожности:
-тщательно укреплять пробки;
-предохранять пробы от замерзания Или нагревания;
-предохранять от соприкосновения с атмосферным воздухом.
СОСТАВ И ФИЗИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРИРОДНОЙ ВОДЫ.
Особенностью природных объектов, в частности вод, является их многокомпонентность.
В природных и сточных водах содержится большое число разнообразных неорганических,
органических веществ природного и техногенного происхождения.
Эти вещества могут находиться в воде, как в растворенном виде, так и в виде суспензий и
эмульсий.
Разные соединения одного и того же элемента могут проявлять разную токсичность. Поэтому
определяют не только валовое содержание, но и вещественный анализ форм элемента.
Большую опасность для водоемов представляют тяжелые металлы (ТМ), нефтепродукты,
пестициды, фенолы, попадающие со стоками.
К основным параметрам воды относятся
- температура
- прозрачность
- мутность
- цвет
- запах
- плотность.
Температуру воды измеряют одновременно с отбором пробы ртутным термометром желательно
в водоеме, или же в бутыли. Если отбирается вода из крана, то температуру измеряют в струе
воды.
Прозрачность (светопропускание) – это высота водяного столба, сквозь который можно еще
наблюдать стандартную доску или прочесть шрифт определенного типа.
Чистая вода бесцветна. Цветность воды зависит от концентрации гуминовых кислот и ионов
Fe3+. Цвет сточных вод может быть различным. Цвет воды определяют либо визуально, либо
колориметрически методом сравнения со стандартами.
Мутность воды связана с присутствием в ней нерастворимых и коллоидных (неорганических и
органических) веществ.
Вкус питьевой воды определяют только органолептическим методом. Вкус воды может быть:
-соленый
[Введите текст]
УМКД 042-16-13.1.59/03-2013
Редакция №1 от «___» _______.2013 г.
стр. 5 из 18
-сладкий
-горький
-кислый.
Запах воды может быть обусловлен присутствием летучих пахнущих веществ (сероводород,
органические вещества), запах также определяют органолептически.
Плотность определяют при определенной температуре (200С) с помощью пикнометра.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРИРОДНОЙ ВОДЫ.
Удельная электропроводность воды показывает приблизительное содержание неорганических и
органических ионов. Ее измеряют при 200С в См/см*10-6.
рН чистой воды должен быть равным 7. Однако природная вода, имеющие примеси, может
иметь рН, равный 4,5-8,3. рН воды зависит от соотношения концентраций свободной СО2 и
НСО3 -. рН определяют потенциометрически Или колориметрически с помощью кислотноосновных индикаторов.
Кислотность воды – содержание в ней веществ, вступающих в реакцию с сильными щелочами
(СО2 , гуминовые и слабые органические кислоты). Кислотность определяют
алкалиметрическим титрованием. Количество щелочи, израсходованное до достижения рН 4,5,
называется свободной кислотностью, количество, израсходованное до рН 8,3 – общей
кислотностью.
Щелочность воды – содержание в ней веществ, вступающих в реакцию с сильными кислотами
(гидрокарбонаты ЩЗЭ, растворимые карбонаты, гидроксиды). Щелочность определяют
ацидиметрическим титрованием. Количество кислоты, израсходованное до достижения рН 8,3,
называется свободной щелочностью, количество, израсходованное до рН 4,5 – общей
щелочностью
Соленость – общее содержание электролитов в воде. Различают:
-общую соленость – содержание всех присутствующих анионов;.
-некарбонатную соленость – содержание всех анионов кроме гидрокарбонат-, карбонат- и
гидроксид-ионов. Последнюю определяют методом ионного обмена, пропуская воду через
катионит в Н+-форме. Общую соленость определяют как сумму некарбонатной солености и
щелочности.
Жесткость воды показываетсоеджание в воде ионов кальция и магния.
-Карбонатная жесткость – содержание гидрокарбонатов кальция и магния;
-Общая жесткость – содержание всех солей кальция и магния.
Окисляемость или химическое потребление кислорода (ХПК) – количество кислорода,
эквивалентное количеству расходуемого сильного окислителя (перманганата или бихромата
калия) для окисления всех окисляющихся веществ в воде.
Растворенный кислород определяют в поверхностной воде методами иодометрического
титрования или полярографии.
Биохимическое потребление кислорода (БПК) – количество мг кислорода, израсходованное в
определенный промежуток времени на аэробное биохимическое разложение органических
веществ воды. Исследуемую сточную воду после 2-часового отстаивания разбавляют чистой
водой в таком количестве, чтобы содержащегося в ней кислорода хватило для окисления всех
органических веществ в воде. Определив содержание растворенного кислорода, в полученной
смеси, ее оставляют для инкубации при 200С без доступа воздуха на 2, 3, 5, 10 и т.д. суток.,
определяя содержание кислорода по истечении каждого из перечисленных периодов времени.
Чаще определяют БПК5 – продолжительность инкубации – 5 суток.
АНАЛИЗ ВОДЫ.
Общее содержание органических веществ определяют по окисляемости. В дополнение можно
определить содержание органического углерода.
[Введите текст]
УМКД 042-16-13.1.59/03-2013
Редакция №1 от «___» _______.2013 г.
стр. 6 из 18
Углерод сжигают окисляющей смесью, при этом образуется углекислый газ, который
поглощают щелочью и определяют обратным титрованием.
Все соединения азота переводят в аммиак (восстанавливают водородом). Затем смесь
минерализуют серной кислотой и сульфатом калия, т. е. все азотосодержащие соединения
переводят в гидросульфат аммония. Минерализованную пробу подщелачивают, отгоняют
аммиак в кислоту и определяют титрованием.
Органический азот, содержащийся в белках, аминокислотах и др. определяют суммарно
методом Кьельдаля. Пробу нагревают с серной кислотой, при этом идет разложение
органических веществ, азот опеределяют в виде аммиака.
В воде, особенно, сточной воде, содержится большое количество соединений серы: сульфаты,
сульфиты, сульфиды, тиосульфаты, роданиды, свободная сера, органические соединения серы и
т. д.
Для определения общего содержания серы все соединения окисляют до
сульфатионов, обрабатывая сильными окислителями в щелочной среде. Затем определяют содержание
сульфатов ( гравиметрически, комплекснометрически и др.)
Для определение анионов в воде используют методы колориметрии, ионометрии, ионной
хроматографии и др. методы.
Определение катионов. Катионы ЩЭ и ЩЗЭ определяют методом пламенноЭмиссионной спектроскопии. Катионы ТМ определяют методами атомной
абсорбционной спектроскопии и фотометрии.
Для определения микроэлементов в воде, в илах, донных отложениях применяют
фотометрические, полярографические, вольтамперометрические, спектральные методы анализа,
а также радиоактивационные методы.
ОТБОР И ПОДГОТОВКА ПРОБ ВОЗДУХА.
Способ отбора проб определяется агрегатным состоянием веществ и физико-химическими
свойствами. Примеси в вождухе могут быть:
- в виде газов,
- паров,
- летучих твердых веществ,
- аэрозолей.
Существуют следующие виды отбора проб:
1.Абсорбция в жидкие среды.
2. Адсорбция на твердых сорбентах.(при низких концентрациях).
3. Криогенное концентрирование (для неустойчивых и реакционноспособных компонентов).
4. Хемосорбция.
5. Отбор в сосуды с ограничеенной емкостью (например, в шприцы).
6.Концентрирование на аэрозольных фильтрах аналитических (для аэрозолей).
7. Аспирация.
Последовательно отбирают не менее 5 проб.При отборе пробы атмостферного воздуха
определяют:
-максимальные разовые концентрации;
-среднесуточные концентрации.
При отборе из воздуха рабочей зоны учитывают:
-особенности технологического процесса;
-физико-химические свойства веществ и возможности их превращений;
-опасность и биологические действие вредного вещества.
Извлечение веществ из пробы проводят методами:
-экстракции растворителями;
-термодесорбцией;
-способом равновесной паровой фазы.
[Введите текст]
УМКД 042-16-13.1.59/03-2013
Редакция №1 от «___» _______.2013 г.
стр. 7 из 18
Для разделения компонентов прибегают к хроматографическим методам, в особенности, к
газовой хроматографии.
СПОСОБЫ КОНТРОЛЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ.
Идентификацию компонентов проб проводят разными методами:
1.С помощью цветных реакций.
2.С помощью хроматографических методов (по параметрам удерживания, по эталонным
веществам, по индексам удерживания Ковача, с помощью селективных детекторов).
3.Методом хромато-масс-спектрометрии.
Количественный анализ вредных компонентов проводят методами:
1.Хроматографии (газовой, жидкостной, ионной, тонкослойной, бумажной).
2.Масс-спектрометрии и хромато-масс-спектрометрии.
3.Электрохимическими методами (ввольтамперометрии, полярографии, ионометрии).
4.Спектроскопическими методами (фотометрии, эмиссионного спекртального анализа, атомноабсорбционного анализа).
ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ПОЧВ.
По абсолютному содержанию в почвах элементы можно разделить на 3 группы:
А) Макроэлементы – это прежде всего кислород и кремний, в сумме их
содержание составляет 80-90% массы почвы. Кроме них находятся алюминий,
железо, кальций, магний, азот, фосфор, калий, натрий, углерод. Их содержание
меняется от десятых долей до нескольких процентов.
Б) промежуточные элементы – это титан, сера, водород. Их содержание колеблется от сотых до десятых долей процента.
В) микроэлементы и ультрамикроэлементы – n *10-10 - n *10-3 %. Это прежде всего
7 микроэлементов- йод, медь, кобальт, цинк, молибден, бор, марганец, затем
хлор, хром, никель, фтор, селен, бром и внесенные путем загрязнения –
мышьяк, бериллий, кадмий, ртуть, свинец, талий, сурьма и другие элементы.
Содержание элементов показывает, как долго почва может обеспечить питанием растения.
Например, если валовое содержание азота и углерода ограничено, то это считают признаком
плодородия. Если высокое содержание хлора, то это создает неблагоприятные условия для
растений.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ПОЧВЕ.
Для анализа почву предварительно разлагают действием кислот (серной, азотной, хлорной,
соляной) или щелочей. Затем почва подвергается анализу различными методами.
Достижение народного хозяйства быстро внедряется в практику лабораторией. Однако,
многокомпонентные природные материалы – особые (трудные) объекты анализа. Например,
наличие органических веществ, алюминия, кремния, железа в почве осложняет определение
почти всех микроэлементов.
Необходимо определять не только общее (валовое) содержание элементов, но и содержание
форм. Так как именно подвижные формы микроэлементов попадают из почвы в растения,
воздух, природные воды. Обычно, содержание подвижных форм – не более 5%.
СПЕЦИФИЧЕСКИЕ И НЕСПЕЦИФИЧЕСКИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА
ПОЧВЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ КОЛИЧЕСТВА.
Набор органических соединений в почве разнообразен. Их можно разделить на:
-специфические;
[Введите текст]
УМКД 042-16-13.1.59/03-2013
Редакция №1 от «___» _______.2013 г.
стр. 8 из 18
-неспецифические.
Специфические органические вещества – высокомолекулярные гумусовые кислоты и
прогуминовые вещества. Гумусовые кислоты экстрагируют из почвы 0,1-0,5М раствором
щелочи, затем по растворимости разделяют на:
-гуминовые;
-гиматомелановые;
-фульвокислоты.
Неспецифические органические вещества – продукты разложения растительных и животных
останков: лигнин, флавониды, дубильные вещества, пигменты, липиды, углеводы, белки,
полипептиды,аминокислоты, нуклеиновые кислоты, амины и др.Они не входят в состав
гумусовых кислот.
1.Групповой и фракционный состав специфических веществ проводят последовательным
растворением фракций различными растворителями.Затем в каждой фракции определяют
элементный состав (С,Н,О,N) и интерпретируют состав.
2.Молекулярный и структурно-групповой анализ органических компонентов проводят
методами молекулярной абсорбционной спектроскопии, хроматографии, масс-спектрометрии,
ЯМР.
3.Молеклярные массы гумусовых кислот определяют оптическими методами и гельфильтрацией.
4.Размер и форму молекул – электронной микроскопией.
АНАЛИЗ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ.
К геологическим объектам относятся:
-руды;
-горные породы;
-минералы;
-строительные материалы;
-соли и др.
При поиске новых месторождений прибегают к качаственному м полуколичественному атомноэмиссионному анализу. Проводится несколько миллионов анализов в год.
Количественный анализ проводят, в основном, рентгенофлуоресцентным методом, стандартные
образцы изготавливают сами геологические службы.
Особенности анализа геологических объектов и минерального сырья:
-многокомпонентность объекта;
-особенности растворения компонентов объекта;
-выбор метода анализа в зависимости от количества и качественного состава остальных
компонентов;
-возможность определения данного компонента в присутствии большого количества других
компонентов.
В составе геологических объектов находят:
-макрокомпоненты >0,01%
-микорокомпоненты <0,01%
1.Анализ макрокомпонентов проводят методами:
-рентгенофлуоресцентным – U, Th, Cu, Zn, Pb, Mo, Nb;
-нейтронно-активационным – At, Cs, Fe;
-гамма-активационным – Au, Ag ;
-фотонейтронным –Ве;
-рентьгено-радиометрическим – Fе, Мn, W, Hg;
-ядерной гамма-резонансной спектроскопией – Sn;
-радиометрическим методом – U, Th, K.
[Введите текст]
УМКД 042-16-13.1.59/03-2013
Редакция №1 от «___» _______.2013 г.
стр. 9 из 18
Используются и традиционные методы – фотометрия, гравиметрия, титриметрия,
полярография, пламенно-эмиссионная спектроскопия.
2.Анализ микрокомпонентов. Необходимо концентрирование – экстракцией, соосаждением,
сорбцией, отгонкой. Для концентрирования благородных металлов применяется «пробирная
плавка».
3.Фазовый анализ. Оксиды, сульфиды, сульфаты, образующие отдельные фазы в минералах,
выделяют избирательным растворением. Выбор растворителя чаще всего эмпирический. Для
фазового анализа применяют рентгено-спектральный микроанализ.
МЕТОДЫ РАЗЛОЖЕНИЯ ПРОБ СИЛИКАТОВ.
Предварительное разложение проб силикатов проводят следующими методами:
1.Сплавление с содой – в платиновом тигле при температуре 8500С, при этом металлы
переходят в растворимые карбонаты или оксиды, а неметаллы – в натриевые соли.
2.Сплавление с гидросульфитом калия (кислотное сплавление) – применяют для разложения
предварительно окисленных образцов, температура – 4500С. В результате образуются сульфаты
элементов.
3.Сплавление с пероксидом натрия (окислитель) – проводят в специальных трубках,
изготовленных из Ni, Ag, Fe. Такое сплавление применяется для определения Cr, V, Mn, Sn.
4.Сплавление с боратами (бурой, оксидом бора) – применяют для сплавления силикатов,
содержащих Zr, хромиты, фторофосфаты, для определения Si, F.
АНАЛИЗ СИЛИКАТОВ.
В состав сложных природных силикатов входит до 20 оксидов. Поэтому результаты анализа
силикатов удобно показывать содержанием оксидов.
Определение SiO2 можно проводить 3 методами:
1.гравиметрический метод – сплавление с содой, нейтрализация, высушивание кремниевой
кислоты при 1100С и взвешивание SiO2.
2.Экспрессный метод – принцип тот же – гравиметрия, только осаждение Или коагуляцию
кремниевой кислоты проводят в присутствии желатина – выпадает очень чистый осадок
кремниевой кислоты.
3.Косвенный метод – применяется для анализа силикатов с большим содержанием SiO2 (кварц,
песок и др.).В этом методе осадок кремниевой кислоты обрабатывают смесью HF и H2SO4 и
нагревают при 10000С до улетучивания SO3. При этом кремний улетучивается в виде SiF4.
Содержание кремния находят по разности масс.
В составе силикатов может быть вода 2 видов:
-гигроскопическая вода;
-связанная вода (кристаллизационная и конституционная).
Гигроскопическую воду определяют высушивая пробы силиката в течение 2 часов при 1051100С. По разности масс вычисляют % гигроскопической воды.
Связанную воду определяют методом Бруша-Пенфильда в специальной трубке Пенфильда.
Общее содержание воды можно определить с помощью поглотительных трубок, содержащих
CaCl2, собирая воду, выделяющуюся при прокаливании образца силиката при 1000-12000С.
Для определения металлов прибегают к выделению их в виде гидроксидов строго регулируя
рН их осаждения.
ПРОБОПОДГОТОВКА ОРГАНИЧЕСКИХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ.
Эта группа объектов наиболее разнообразна: неорганические, органические и
элементорганические соединения, биологические и фармакологические препараты, полимеры,
пищевые продукты, корма для животных, растения, животные ткани, объекты медицины и
криминалистики.
[Введите текст]
УМКД 042-16-13.1.59/03-2013
Редакция №1 от «___» _______.2013 г.
стр. 10 из 18
Химический анализ необходим для решения экологических, технологических и научных задач.
Определение элементов в органических и биологических объектах требует предварительной
минерализации. Существует два основных способа минерализации:
- мокрая минерализация
- сухая минерализация.
Сухая минерализация – сухое озоление или сжигание в муфельной печи, сплавление с содой и
селитрой. Недостатки – длительность и возможные потери компонентов.
Мокрая минерализация – обработка образца раствором кислот и окислителей. Недостатки –
большой расход реактивов и вероятность загрязнения реактивами. Можно проводить с
применением ультразвука, что ускоряет процесс растворения и снижает потери
микроэлементов.
Существуют и другие методы минерализации, например, под действием электрического
разряда, в кислородной плазме, в микроволновой печи и др.
Для определения ртути применяют метод деструкции, т.к. кипячение с кислотами приводит к
потере ртути из-за ее летучести.
АНАЛИЗ ОРГАНИЧЕСКИХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ.
Анализ ядохимикатов начинается с изолирования ядохимикатов из иологических материалов.
Чаще всего для этого применяется метод экстракции органическими растворителями. Очистка
выделенных ядохимикатов проводится перегонкой с водяным паром, экстракцией,
кристаллизацией, хроматографически.
Анализ не всегда проводится по нативному веществу.Часто органическое вещество,
обладающее пестицидными свойствами, подвергается превращениям в другие, более простые
вещества, которые и определяют.
Микроэлементы в органических и биологических объектах определяют различными методами,
обязательны минерализация и концентрирование. Для определения следовых количеств
микроэлементов в биологических объектах успешно применяются и каталитические методы
анализа.
Содержание аминокислот, полученных гидролизом белков, определяют методом ионообменной
хроматографии на катионите с применением элюента - цитрата натрия. Нуклеиновые кислоты
для анализа подвергают гидролизу и анализируют полученные пуриновые и пиримидиновые
основания. Их вымывают из колонки с катионитом 2М раствором HCl.
2. ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ
Методические указания к лабораторным работам.
ОТБОР ПРОБ ВОДЫ. АНАЛИЗ ФИЗИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВОДЫ.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: научиться правильно, отбирать пробу воды и анализировать ее основные
параметры.
РЕАКТИВЫ, ХИМИЧЕСКАЯ ПОСУДА:
1. Пикнометр
2. Термостат
3. Стандартный раствор суспензии SіО2
4. Пипетки, колбы, технохимические весы.
ХОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ.
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ВОДЫ.
Высушенный пикнометр взвешивают, наливают в него пробу воды и доводят температуру ее в
термостате до 200С. Пикнометр закрывают, таким образом, чтобы в нем не осталось пузырьков
[Введите текст]
УМКД 042-16-13.1.59/03-2013
Редакция №1 от «___» _______.2013 г.
стр. 11 из 18
воздуха. При этом температура содержимого пикнометра не должна изменяться. Затем
наполненный пикнометр взвешивают.
Плотность воды при t=200С вычисляют по формуле:
=m1-m2/v1-v2
m1-масса пикнометра с водой
m2- масса сухого пикнометра
v1- емкость пикнометра
v2-объем дистиллированой воды.
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МУТНОСТИ ВОДЫ.
Под дно цилиндра подкладывают типографский шрифт. Цилиндр наполняют взболтанной
водой до такой высоты, чтобы буквы просматриваемые сверху, стали плохо различимыми.
Отмечают высоту столба воды.
АНАЛИЗ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ВОДЫ.
Цель работы: Определить содержание НСО-3, СО2-3, Сl- ионов в воде.
Аппаратура, посуда, реактивы:
Потенциометр (иономер).
Магнитная мешалка.
Стакан на 25 мл.
5% раствор К2СrO4, 0,02М раствор AgNO3,
0,02Н раствор H2SO4.
Ход работы:
1.Определение гидрокарбонат- и карбонат-ионов
2.Определение хлорид-ионов.
Определение гидрокарбонат- и карбонат-ионов.
В стакан налить 20 мл анализируемой воды, поставить на магнитную мешалку
Измерить рН анализируемой воды.
В бюретку налить 0,02 н Н2SO4. Если рН анализируемой воды больше рН>8,3,
то нужно из бюретки в стакан по каплям добавлять 0,02н Н2SO4 до установления рН=8,3. В
этом случае оттитровываются
карбонат-ионы. Измерить объем Н2SO4 ,пошедшей на
титрование и записать.
Затем приступают к оттитровыванию гидрокарбонат-ионов до установления рН=4,4. Записать
объем Н2SO4, пошедший на титрование.
Содержание гидрокарбонат-ионов рассчитывают по формуле:
Р= а *k *100 *61/ V, мг/л..
Для определения карбонат ионов используют следующую формулу:
P=а* k *100* 22/ V, мг/л
где а-объем 0,02 Н2SO4,
k-поправочный коэффициент,
V -объем пробы, взятой для титрования.
ОПРДЕЛЕНИЕ ХЛОРИД-ИОНОВ В АНАЛИЗИРУЕМОЙ ВОДЕ.
[Введите текст]
УМКД 042-16-13.1.59/03-2013
Редакция №1 от «___» _______.2013 г.
стр. 12 из 18
В колбочку налить 25 мл воды и поставить на магнитную мешалку, добавить 1 мл
5%раствора К 2СгО4.
В бюретку налить 0,02 Н раствор АgNO3 и титровать им содержимое колбы до изменения
окраски.
Содержание хлорид-ионов расчитывают по формуле:
У=(а-в)* k *N *35,45 *1000/ V = (а-в)* k *N * 35450/ V
Где а-объем АgNO3 , израсходованный на титрование пробы, мл.
N-нормальность титрованного раствора.
k-поправочный коэффициент,
V-объем пробы воды, взятой для определения
ОПРЕДЕЛЕНИЕ SO2-4, Мg2+, Са2+ В ВОДЕ.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
Определить содержание ионов SO2-4, Мg2+, Са2+ в воде.
Аппаратура, реактивы, посуда:
1.Стакан 50 мл .
2.5% раствор гидроксиламина солянокислый
3. 2Н раствор NаОН.
4. Диэтилдитиокарбонат (кристал.)
5. 0,05 Н раствор трилона Б.
6. Соляная кислота (1:4).
7. Буферный раствор (хлоридно-аммиачный).
8. 0,5 % хромокислотного темно-синего.
9. Катионит КУ-2.
10. Ацетон, дитизон с бензойной кислотой (1:50).
11. 0,02 Н раствор Рb(NO3)2.
ХОД РАБОТЫ:
ОПРЕДЕЛЕНИЕ SO2-4.
К 50 мл воды добавить немного (30 зерен) катионита КУ-2 в Н -форме.
Взболтать и оставить на 30 минут. Через 30 минут из колбы отобрать в стаканчик 10 мл
и добавить 5 мл ацетона, немного порошка дитизона с бензойной кислотой в соотношении
(1:50), хорошо перетертой в ступке. Раствор должен приобрести зеленую окраску, после чего
его подогреть до t=500С и титровать 0,02 Н раствором Рb(NO3)2 до перехода зеленой окраски в
красно-фиолетовую.
Содержание сульфат ионов рассчитывают по формуле:
Х=а *k* 0,02 *48,03 *1000/V=а *k *960,6/V.
Где х- содержание сульфат-ионов в мг/л
а- объем 0,02Н Рb(NO3)2,
k-поправочный коэффициент,
V-объем пробы, взятой для анализа, мл
48,03-эквивалент сульфат-иона.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИОНОВ Са2+ И Мg2+.
Взять 10 мл анализируемой воды, добавить
50 мл дистиллированной воды, 0,5мл 5%
раствора гидроксиламина солянокислого, 2 мл 2Н NaOH, несколько кристалликов
диэтилдитиокарбамината натрия, 5 капель 0,5% хромокислотного темносинего. Ионы Са 2+,
присутствующие в растворе, титруют 0,05н раствором трилона Б до перехода окраски от
розовой к сиреневой.
[Введите текст]
УМКД 042-16-13.1.59/03-2013
Редакция №1 от «___» _______.2013 г.
стр. 13 из 18
Для определения ионов Мg2+ содержимое колбы нужно нейтрализовать HCl 1:4 до перехода в
розовую окраску (Внимание! Кислоту нужно добавлять по каплям) Прилить 5 мл хлоридноаммиачного буфера и титровать трилоном Б до синей окраски.
СОДЕРЖАНИЕ ИОНОВ Са2+
Х=а *k* 0,05 *40,08 *1000/V=а *k* 20,04 /V
Y=x/20,04=а *k *100/V
Где а- объем трилона Б, прошедшей на титрование,
V- объем анализируемой воды, мл
k- поправочный коэффициент
СОДЕРЖАНИЕ ИОНОВ Мg2+
Х= а *k*12,10 /V
Y=x/12,1=а*k*100/V, мг*экв/л
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФЕНОЛА В ВОДЕ.
Метод основан на кондуктометрическом титровании фенола, проявляющего свойства слабой
кислоты ( К=1,0*10-10) сильным основанием.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: овладеть навыками кондуктометрического титрования по
основному методу.
кислотно-
АППАРАТУРА, РЕАКТИВЫ, ХИМИЧЕСКАЯ ПОСУДА:
1.
2.
3.
4.
5.
Установка для кондуктометрического титрования
Бюретка вместимостью 25см3
Мерная колба на 100см3
Пипетка вместимостью 10 см3
Гидроксид натрия, раствор С(1/1NaOH)=0,1моль/дм3
ХОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ.
Контрольный раствор фенола, полученный у преподавателя разбавляют в мерной колбе до
метки дистиллированной водой и перемешивают.
В электролитическую ячейку пипеткой переносят 10 см3 этого раствора, приливают
дистиллированную воду до полного погружения рабочей части электродов и при непрерывном
перемешивании титруют раствором гидроксида натрия. После введения каждой порции
титранта регистрируют показания прибора.
Строят кривую титрования в координатах удельная электропроводность (сопротивление)объем раствора NaOH. По излому кривой находят объем раствора NaOH в точке
стехиометричности.
ВЫЧИСЛЕНИЯ:
Содержание фенола (Q,мг) в пробе вычисляют по формуле:
Q=М(1/1С6Н5ОН)*С(1/1 NaOH)*V
где М(1/1С6Н5ОН)-молярная масса эквивалента фенола, г/моль
С(1/1 NaOH)- молярная концентрация эквивалента NaOH, моль/дм3
[Введите текст]
УМКД 042-16-13.1.59/03-2013
Редакция №1 от «___» _______.2013 г.
стр. 14 из 18
V- объем раствора NaOH, израсходованного на титрование , см3.
ЛИТЕРАТУРА:
Коренман Я.И. Практикум по аналитической химии, изд-во Воронежского университета, 1992.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОЧВЫ.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:Определить механический состав почвы путем:
1. взмучивания воды,
2. просеиванием через набор сит.
МАТЕРИАЛЫ И ОБОРУДОВАНИЕ: 1 Стакан на 250-300 мл
2 образцы почвы
3 стеклянные палочки
4 фильтры или насос Камовского
5 0,1 н раствор NаОН
6 термостат (120-130оС)
7 набор сит, набор кисточек, бюксы
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ:
10 г воздушно сухой почвы помещают в 250-300 мл стакан из термостойкого стекла с
отметкой 50 мл от дна стакана. Навеску обливают кипящим раствором 0,1н NаОН до
достижения уровня отметки и стеклянной палочкой хорошо перемешивают. Перемешивание
продолжают через каждые 3 минуты в течении15 минут. После последнего перемешивания
содержимое стакана отстаивают 3 минуты и мутную жидкость сливают, плавно наклонив
стакан. При этом необходимо следить, чтобы осевшая часть почвы не удалялась вместе с
жидкостью. Для полного удаления частиц размером меньше 0,01 мм в стакан к остатку почвы
приливают дистиллированную воду до отметки на стакане, взмучивают и через 3 минуты снова
сливают. Подобную операцию повторяют до тех пор, пока в сливаемой воде не исчезнет муть.
Воду для отмывания применяют дистиллированную или водопроводную. После удаления из
нее двух и трех валентных катионов. Для этого к 5 л водопроводной воды приливают 10 мл
30% NаОН, нагревают приблизительно до 70-800С, охлаждают и удаляют выпавший осадок
путем фильтрования, отсасывания или центрифугирования. После удаления частиц размерами
меньше 0,01 мм оставшимся в стакане частицами (крупнее 0,01 мм) дают осесть и воду над
ними по возможности полнее сливают. Высушивают частицы в термостате при 120-1300С
или на открытой бане до получения сыпучей массы. Для более тщательного разделения
отдельных фракций физического песка высушенный остаток пропускают через набор сит. Для
этого посредством твердой кисточки остаток в стакане хорошо размешивают и полностью
пересыпают на верхнее сито в наборе. При просеивании набор сит поворачивают вправо и
влево, а также легко постукивают им о стол. Затем по очереди снимают сита, при помощи
кисточки проверяют качество просеивания, осторожно высыпают отдельную фракцию и
взвешивают с точностью до 0,01 г. Размер фракций, пошедший через все сита, составляет от
0,1 до 0,01 мм. Параллельно для устранения искажения результатов за счет влаги определяют
абсолютно сухой вес взятого количества почвы . Для этого в бюксе взвешивают 10 г почвы,
высушивают в термостате при 1050С до постоянного веса и снова взвешивают.
ВЫЧИСЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.
Для вычисления содержания фракций размерами меньше 0,01 мм пользуются формулой:
Х=Н-(а+б+в+г+с) *100/Н –У
А для определения содержания фракций – формулами:
Х=а *100/Н ; Х=б *100/Н и т. д.
где Х- содержание фракций, %
[Введите текст]
УМКД 042-16-13.1.59/03-2013
Редакция №1 от «___» _______.2013 г.
стр. 15 из 18
Н-вес почвы (10г), взятой в целях определения
содержания в ней влаги, после высушивания, г
а-с - вес фракций, отделенных при помощи сит, г
100- коэффициент для выражения результатов, %
У- содержание в почве гумуса, %
ВЗЯТИЕ ПОЧВЕННЫХ ОБРАЗЦОВ И ПОДГОТОВКА ИХ К АНАЛИЗУ.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ рН ВОДНОЙ ВЫТЯЖКИ.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Взять почвенные образцы, подготовить к анализу и определить рН водной
вытяжки.
ПОСУДА И ОБОРУДОВАНИЕ:
Тара для образцов , фарфоровая ступка с пестиком,
сито с 2 мм отверстиями, коническая колба на 250 мл
с резиновой пробкой , потенциометр, химические стаканы.
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ:
1. Образцы почвы берут осенью после уборки урожая текущего года или ранней весной.
Весной образцы необходимо брать перед посевом. Взятие образцов проводят согласно
общепринятым правилам. Для того чтобы анализируемые образцы не загрязнялись
определяемыми элементами, их следуют взять буром (или лопатой) из чистой или
нержавеющей хром-никелевой стали, перемешать и поместить в полиэтиленовую тару или
чистую бумажную тару. Взятые естественно влажные образцы необходимо высушить до
воздушно-сухого состояния в хорошо проветриваемом помещении. Сушка протекает при
наличии искусственного отопления (30-400С) и вентиляции. Образцы помещают на столах
распределяя ровным слоем толщиной 1-1,5 мм на кусочках полиэтиленовой пленки.
Размельчают фарфоровым пестиком в фарфоровой чашке. В процессе размельчения
необходимо следить за тем, чтобы пылеватой фракции вследствие механического воздействия
образовалось меньше. Для этого комочки почвы размельчают раздавливанием , но не
растиранием. Удаляют размельченные мелкие частицы частым просеиванием через сито с 2 мм
отверстиями. После каждого очередного просеивания выбирают корни и крупные комочки, а
все остальное высыпают снова в ступку и растирают, продолжают до тех пор, пока образцы не
закончатся.
2. Определение рН. Приготовление водной вытяжки.
Образец почвы массой 40 г помещают в коническую колбу вместимостью 250 мл и приливают
100 мл дистиллированной воды. Допустимая погрешность дозирования должна быть не более
2 %. Воду кипятить в течении 30 минут . Плотно колбу закрывают резиновой пробкой,
встряхивают 5 минут и оставляют стоять 18-24 часа. Сливают отстоявшийся раствор в
химический стакан вместимостью 50 мл и определяют рН водной вытяжки
потенциометрическим методом. Мутные водные вытяжки перед проведением измерения
следует профильтровать через бумажный фильтр.
АНАЛИЗ ПОДВИЖНЫХ ФОРМ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ
ЦЕЛЬ
ВЕЩЕСТВ В ПОЧВАХ.
РАБОТЫ: Провести анализ подвижных форм загрязняющих веществ в почвах.
1 провести обменным путем
2 кислоторастворимым путем
[Введите текст]
УМКД 042-16-13.1.59/03-2013
Редакция №1 от «___» _______.2013 г.
стр. 16 из 18
ПРИИБОРЫ И РЕАКТИВЫ: 1н раствор соляной кислоты, ледяная уксусная кислота,25%
раствор аммиака, ротатор, делительная воронка, плоскодонные колбы с пробками на 150-250
мл.
ХОД РАБОТЫ:
1.ОБМЕННАЯ ФФОРМА: (экстрагент-СН3СООNН4)
В мерной колбе на 1 л готовим буферный раствор: к 108 мл ледяной уксусной кислоты
добавляем 600 мл дистиллированной воды и 75 мл 25% конц. аммиака, начинается процесс
разогревания. После охлаждения колбы, раствор доводим до метки дистиллированной водой.
Буфер (4,8) используют для определения обменных форм тяжелых форм металлов (Си, Zn). Для
приготовления вытяжек, при определении обменных форм необходимо взять соотношении
(1:3) =10г почвы +30 мл буфера и 1 час встряхиваем, дают отстояться раствору (5-10мин), затем
фильтруют через фильтр в склянку. Определяем в фильтрате содержание тяжелых металлов по
соответствующим методикам (Си, Zn).
2.КИСЛОТОРАСТВОРИМАЯ ФОРМА: (экстрагент- НСl)
В мерной колбе на 1 л готовят 1н раствор соляной кислоты. Для приготовления вытяжек при
определении кислоторастворимых форм необходимо взять соотношение (1:10)= 10 г почвы
+100 мл НСl и 1час встряхивают, дают отстояться растворам (5-10мин) затем фильтруют, через
фильтр в склянку. Определяют в фильтрате содержание тяжелых металлов по
соответствующим методикам.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕДИ (ДИТИЗОНОВЫЙ МЕТОД)
.
В пробирку наливают 2 мл анализируемого раствора добавляют 2 мл цитрата натрия и
разбавленной соляной кислоты (1:1), доводят рН раствора до 2,2-2,55.
Приступают к экстракции меди. Для этого приливают 5 мл раствора дитизона, встряхивают 30
секунд и определяют оптическую плотность раствора на КФК-2 при =540 нм. Использовать
кюветы в 1 см слоя. Паралельно проводим контрольный опыт. Контрольный опыт проводим с
дистиллированной водой.
СОДЕРЖАНИЕ МЕДИ ОПРЕДЕЛЯЮТ ПО ФОРМУЛЕ:
Х= ((а*б) - аконтр.*бконтр.) *в/Н*г ,мг/кг
где
а-оптическая плотность исследуемого раствора,
б-объем раствора дитизона,
в-общий объем анализируемого раствора (100 мл),
Н- объем почвы взятой для анализа,
г-объем раствора взятый для экстракции меди (2мл).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ЦИНКА
В пробирку наливают 0,5мл анализируемого раствора добавить 1 мл комплексного буферного
раствора и встряхнуть, Приступить к экстракции цинка.
Для этого приливают 5 мл рабочего раствора дитизона, встряхивают 30 секунд и определяют
оптическую плотность на ФЭК, сделать контрольный опыт. Формула для расчета содержания
цинка такая же .
ОЗОЛЕНИЕ РАСТЕНИЙ.
[Введите текст]
УМКД 042-16-13.1.59/03-2013
Редакция №1 от «___» _______.2013 г.
стр. 17 из 18
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: растительный образец озолить.
ПРИБОРЫ И РЕАКТИВЫ: тигли большие, ступка с пестиком, растительные образцы,
плитка, муфельная печь, НСl конц. , Н2О2, 1н раствор НСl, дитизон.
ХОД РАБОТЫ:
Размельченный растительный образец помещают в прокаленный до постоянной массы тигель.
Дальнейшие операции озоления проводят в вытяжном шкафу под тягой. Тигли ставят на
плитку и нагревают до появления дыма, после чего сразу же поджигают. Обугливание должно
быть полным. Тигли ставят на муфельную печь на 2-3 минуты до черной золы. Для доведения
до белого состояния продолжают озолять при Т=500-5500С в течении 3-5 часов. После
дополнительного озоления и охлаждения золу смачивают, прибавляя постепенно 2 мл НСl
(конц ) и 0,4-0,5 мл Н2О2 и выпаривают досуха. Приливают 1,5 мл НСl (конц) и приливают
горячей дистиллированной воды подкисленной НСl (1:200) . Горячий раствор золы фильтруют
через складчатый фильтр промытый 3-4 раза подкисленной соляной кислотой, промывают
тигель этим же раствором водой до 100 мл. После начинают определять содержание Си, Zn в
растительной вытяжке дитизоновым методом по интенсивности окраски дитизона.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕДИ (ДИТИЗОНОВЫЙ МЕТОД)
.
В пробирку наливают 2 мл анализируемого раствора добавляют 2 мл цитрата натрия и
разбавленной соляной кислоты (1:1), доводят рН раствора до 2,2-2,55.
Приступают к экстракции меди. Для этого приливают 5 мл раствора дитизона, встряхивают 30
секунд и определяют оптическую плотность раствора на КФК-2 при =540 нм. Использовать
кюветы в 1 см слоя. Паралельно проводим контрольный опыт. Контрольный опыт проводим с
дистиллированной водой.
СОДЕРЖАНИЕ МЕДИ ОПРЕДЕЛЯЮТ ПО ФОРМУЛЕ:
Х= ((а*б) - аконтр.*бконтр.) *в/Н*г ,мг/кг
где
а-оптическая плотность исследуемого раствора,
б-объем раствора дитизона,
в-общий объем анализируемого раствора (100 мл),
Н- объем почвы взятой для анализа,
г-объем раствора взятый для экстракции меди (2мл).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ЦИНКА
В пробирку наливают 0,5мл анализируемого раствора добавить 1 мл комплексного буферного
раствора и встряхнуть, Приступить к экстракции цинка.
Для этого приливают 5 мл рабочего раствора дитизона, встряхивают 30 секунд и определяют
оптическую плотность на ФЭК, сделать контрольный опыт. Формула для расчета содержания
цинка такая же.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗА В ПИТЬЕВОЙ ВОДЕ.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Определение содержания железа в питьевой воде.
РЕАКТИВЫ, ПОСУДА: Стандартный раствор железо-аммонийных квасцов, 10%раствор
NH4SCN, HNO3(1:1), КФК-2, потенциометр, стакан на 25, 50 мл , пипетки, колбы на 100 мл.
[Введите текст]
УМКД 042-16-13.1.59/03-2013
Редакция №1 от «___» _______.2013 г.
стр. 18 из 18
ХОД РАБОТЫ.
Метод основан на образовании интенсивно окрашенного продукта взаимодействия железа с
ионами роданида. В зависимости от рН этот реактив образует различные продукты с железом,
отличающиеся дтуг от друга окраской.
Стандартный раствор железо-аммонийных квасцов в мерной колбе на 100 мл растворяют в
дистиллированной воде 0,863 г квасцов, подкисляют Н2SO4 до рН=2. Объем раствора доводят
до метки водой, перемешивают. 1мл приготовленного раствора содержит 0,1 мл Fe (3),
Т=0,1мг/мл.
Для построения градуировочного графика в мерные колбы на 50 мл помещают последовательно
1, 2,3,4,5 мл стандартного раствора железо-аммонийных квасцов.
2. В каждую колбу добавляют по 5 мл 10% раствора роданида аммония, 1 мл НNO3 (1:1). Объем
раствора доводят до метки водой и перемешивают.
3. Получают серию окрашенных растворов красного цвета содержащих 1,2,3,4,
5 мг железа в 50 мл.
4. Измеряют оптическую плотность при =400-450 нм, по полученным данным строят
градуировочный график.
5. В мерную колбу на 50 мл помещают 2,5 мл анализируемой воды, добавляют
5 мл роданида аммония, 1 мл НNO3 (1:1), объем раствора доводят до метки, перемешивают и
определяют оптическую плотность.
Содержание железа вычисляют по формуле
=q*1000/2,5
где q- найденное по градуировочному графику
содержание железа в 1,5 мл питьевой воды, мг.
3. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ
Темы СРС
1.Приспособления для отбора проб природной воды.
2.Методы очистки природной воды.
3. Приборы и методы экологического контроля за объектами окружающей среды.
4. Санитарно-гигиенические нормативы для объектов окружающей среды.
5. Методы экспресс-анализа проб воздуха.
6. Кинетические методы определения следов элементов в биологических объектах